單回路雙容水箱液位控制系統(tǒng)組態(tài)軟件課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目單回路雙容水箱液位控制系統(tǒng)課程名稱(chēng)監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)技術(shù)單回路雙容水箱液位控制系統(tǒng) 摘 要 隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化逐步走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。本學(xué)期在修完監(jiān)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)技術(shù)課程后，運(yùn)用工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件（MCGS），結(jié)合一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，學(xué)生自選題目進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的工程系統(tǒng)是“單回路雙容水箱液位控制系統(tǒng)”。通過(guò)查閱相關(guān)資料，了解到單回路雙容水箱的液位控制采用PID調(diào)節(jié)方法，設(shè)定水位與實(shí)際水位的偏差和水泵電壓信號(hào)構(gòu)成PID調(diào)節(jié)的輸入與輸出單回路雙容水箱液位控制系統(tǒng)充分體現(xiàn)著自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)越性，通過(guò)簡(jiǎn)單操作來(lái)實(shí)現(xiàn)水箱液位的自動(dòng)控制。其主要目的是：根據(jù)用戶(hù)的需求，按照用

2、戶(hù)所設(shè)定的水箱液位值，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并給出相應(yīng)的電壓信號(hào)，控制進(jìn)水流量，從而控制水箱液位達(dá)到設(shè)定液位。此外在操作方面，該系統(tǒng)緊密聯(lián)系實(shí)際，可以進(jìn)行手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的自由切換。同時(shí)為了便于用戶(hù)使用和實(shí)時(shí)監(jiān)控，該系統(tǒng)設(shè)置了多項(xiàng)曲線(xiàn)和報(bào)表顯示窗口，以及多個(gè)顯示標(biāo)簽。在安全機(jī)制方面，在操作權(quán)限上根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人員分組管理設(shè)置，并設(shè)有密碼，以便提高系統(tǒng)的安全性能。通過(guò)本次課設(shè)學(xué)生不僅對(duì)課程內(nèi)容更加了解，通過(guò)也提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和設(shè)計(jì)能力。關(guān)鍵詞：水位控制；PID；課程設(shè)計(jì)；自動(dòng)化Singleloop and doubletank water level control systemAbstract

3、With the progress of science and technology,automationand graduallyinto thethousands of households.This semesterin completing theprogrammonitoring systemdesigntechnologycourse,the use ofindustrialmonitoring system configurationsoftware(MCGS),combined withan automatic control system,students chooseth

4、e subjectof Engineering design.Engineering systemof this design is asingleloop and doubletank water level control system.Through access to relevant information,understandingto thelevelof single loopcontrol of two tankusing PID regulationmethod,set thewater level and theactualwater leveldeviation and

5、 thepumpvoltagesignal to formthe PID input and outputregulationSingleloop and doubletank water level controlsystem,fully embodies theadvantagesof automation technology,through simple operationtorealize the automatic controlof tank level.Its main purpose is:according to the needs of users,according t

6、o thewater levelset by the uservalue,automatic identification systemand the correspondingvoltage signal,water flow control,so as to control thewater levelreaches a setlevel.In addition,in the operationof the system,close connection is actual,can be manuallycontrolledandfree switchautomatic control.A

7、t the same time in order tofacilitate the use of the userand the real-time monitoring,thesystem has set upa number ofcurves andreport display window,and a plurality of displaytag.In a safe mechanism,setin thepersonnelgrouping managementoperation authoritybased on the actual situation,and is provided

8、 with apassword,so as toimprove the safety performance of the system.Through thislesson studentnot onlylearn more about thecontent of the course,throughhands-on practice andalsoimprove thestudents ability to design.Key Words：Water level control ;PID; Curriculum design; Automation目 錄摘 要IAbstractII第1章

9、選題及工藝流程分析說(shuō)明11.1 系統(tǒng)概述11.1.1 選題想法11.1.2 設(shè)計(jì)思路11.2 組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)31.3 PID控制原理3概況3系統(tǒng)串級(jí)控制方案設(shè)計(jì)5第2章MCGS工程組態(tài)72.1 主控窗口設(shè)計(jì)72.2 設(shè)備窗口設(shè)計(jì)82.3 用戶(hù)窗口設(shè)計(jì)92.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)112.5運(yùn)行策略設(shè)計(jì)122.6腳本程序設(shè)計(jì)12第3章仿 真153.1 運(yùn)行結(jié)果分析153.2 組態(tài)設(shè)計(jì)和調(diào)試中遇到的問(wèn)題、解決方法和結(jié)果153.2.1 遇到的問(wèn)題153.2.2 解決方法和結(jié)果15第4章總 結(jié)16參 考 文 獻(xiàn)17選題及工藝流程分析說(shuō)明在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，液位是過(guò)程控制系統(tǒng)的重要被控量，在石油化工環(huán)保水處理冶

10、金等行業(yè)尤為重要。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，常常需要對(duì)某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測(cè)量和控制。通過(guò)液位的檢測(cè)與控制，了解容器中的原料半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。通過(guò)控制計(jì)算機(jī)可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運(yùn)行過(guò)程，即時(shí)地監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠妥，會(huì)造成生產(chǎn)中對(duì)液位控制的不合理，導(dǎo)致原料的浪費(fèi)產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計(jì)一個(gè)良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實(shí)際意義。 在單回路雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中將以THJ-2高級(jí)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，展開(kāi)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及工程實(shí)現(xiàn)的工作。雖然是采用傳統(tǒng)的

11、PID控制的方法，但是將利用智能調(diào)節(jié)儀表數(shù)據(jù)采集模塊和計(jì)算機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的組建，努力使系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)性能，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，主要利用MCGS組態(tài)軟件對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，仿真。1.1 系統(tǒng)概述1.1.1 選題想法 在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，液位是過(guò)程控制系統(tǒng)的重要被控量，在石油化工環(huán)保水處理冶金等行業(yè)尤為重要。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中，常常需要對(duì)某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測(cè)量和控制。通過(guò)液位的檢測(cè)與控制，了解容器中的原料半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)容器內(nèi)的輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)的物料搭配得當(dāng)。通過(guò)控制計(jì)算機(jī)可以不斷監(jiān)控生產(chǎn)的運(yùn)行過(guò)程，即時(shí)地監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的

12、質(zhì)量和數(shù)量。如果控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)欠妥，會(huì)造成生產(chǎn)中對(duì)液位控制的不合理，導(dǎo)致原料的浪費(fèi)產(chǎn)品的不合格，甚至造成生產(chǎn)事故，所以設(shè)計(jì)一個(gè)良好的液位控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的實(shí)際意義。1.1.2 設(shè)計(jì)思路（1）雙容水箱對(duì)象液位定值控制系統(tǒng)如圖 1所示。系統(tǒng)包括兩個(gè)橫截面積分別為 A1 和 A2 的水箱T1 和 T2,水箱 T1 和水箱 T2 之間通過(guò)連通閥 CV1 連接，CV1 截面積為 AF1, 其開(kāi)度可調(diào)整。水箱系統(tǒng)由給水泵供水，負(fù)載閥 CV2 決定出水量，水箱 T2 有一干擾水源，用以施加供水干擾，用戶(hù)的用水量改變的擾動(dòng)可通過(guò)調(diào)整負(fù)載閥 CV2 開(kāi)度進(jìn)行模擬。圖1 雙容水箱液位控制系統(tǒng)原理圖（2）

13、先是建立系統(tǒng)的對(duì)象模型，模型建立思路如下：系統(tǒng)由水泵供水，水泵的控制電壓輸入范圍為 0-10V，水泵出水量與控制電壓之間的傳遞函數(shù)為： 式中，Qi 是流入水箱的流量；Up 是水泵的控制電壓，水泵的參數(shù)可近似為d=0.65s，Tp=5s，Kp=0.1升/伏秒，當(dāng)輸入控制電壓為 0V 時(shí)，水泵的出水量為 0。水箱 T2 的出水量由閥門(mén) CV2 控制，閥門(mén)的截面積為 AF2。以水泵作為系統(tǒng)輸入，水箱 T2 的液位作為系統(tǒng)輸出，即可實(shí)現(xiàn)單入單出二階慣性對(duì)象。假設(shè)系統(tǒng)是線(xiàn)性或者可線(xiàn)性化的，因此可以推導(dǎo)系統(tǒng)的微分方程如下： 設(shè)閥門(mén) CV1 和 CV2 的流量與閥門(mén)開(kāi)度 為線(xiàn)性關(guān)系，則水箱 T1 流到水箱

14、T2 的水流量 Q1 和水箱T2 的流出的水量 Qo 分別為： 1.2 組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)輸入一個(gè)設(shè)定水位，系統(tǒng)通過(guò)算法，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電壓和閥門(mén)開(kāi)度，使水箱2的液位達(dá)到設(shè)定值1.3 PID控制原理1.3.1PID概況目前，隨著控制理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，PID控制技術(shù)日趨成熟。先進(jìn)的PID控制方案和智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，并且在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID

15、調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。y(t)+r(t) 比例P積分I微分D被控對(duì)象圖2 PID控制基本原理圖PID控制器是一種線(xiàn)性負(fù)反饋控制器，根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際值y(t)構(gòu)成控制偏差：。PID控制規(guī)律為：或以傳遞函數(shù)形式表示：式中，KP:比例系數(shù) TI:積分時(shí)間常數(shù) TD:微分時(shí)間常數(shù) PID控制器各控制規(guī)律的作用如下：（1）比例控制（P）：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系，能較快克服擾動(dòng)，使系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。但當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（2）積分控制（I）：在

16、積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)此控制系統(tǒng)是有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差的累積取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)越大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。但是過(guò)大的積分速度會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過(guò)程。比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。（3）微分控制（D）：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)

17、過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性環(huán)節(jié)或有滯后環(huán)節(jié)，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。所以在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。特別對(duì)于有較大慣性或滯后環(huán)節(jié)的被控對(duì)象，比例積分控制能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)被控過(guò)程的特性

18、確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法分為兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。由于實(shí)驗(yàn)測(cè)定的過(guò)程數(shù)學(xué)模型只能近似反映過(guò)程動(dòng)態(tài)特，理論計(jì)算的參數(shù)整定值可靠性不高，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)試驗(yàn)中進(jìn)行控制器參數(shù)整定，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線(xiàn)法和衰減曲線(xiàn)法。三種方法都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)

19、行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。1. 臨界比例法在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間TI置于最大，微分時(shí)間TD置零，比例度置于較大數(shù)值，把系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，將調(diào)節(jié)器的比例度由大到小逐漸減小，得到臨界振蕩過(guò)程，記錄下此時(shí)的臨界比例度k和臨界振蕩周期Tk。根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)： 調(diào)節(jié)器參數(shù)控制規(guī)律TITDP2k PI2.2kTK/1.2 PID1.6k0.5Tk0.25Tk表1 臨界振蕩整定計(jì)算公式2.阻尼振蕩法在閉合控制系統(tǒng)中，把調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間TI置于最大，微分時(shí)間TD置零，比例度置于較大數(shù)值反復(fù)做給定值擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)，并逐漸減少比例度，直至記錄曲線(xiàn)出現(xiàn)4：1的衰減為止。記錄下此時(shí)的4：1衰減比例

20、度k和衰減周期Tk。根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)： 調(diào)節(jié)器參數(shù)控制規(guī)律TITDPS PI1.2S0.5TS PID0.8S0.3TS0.1TS表2 阻尼振蕩整定計(jì)算公式3.反應(yīng)曲線(xiàn)法若被控對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié)或具有很小的純滯后，則可根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)廣義過(guò)程測(cè)量變送器階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算。在調(diào)節(jié)閥的輸入端加一階躍信號(hào)，記錄測(cè)量變送器的輸出響應(yīng)曲線(xiàn)，并根據(jù)該曲線(xiàn)求出代表廣義過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。1.3.2系統(tǒng)串級(jí)控制方案設(shè)計(jì)水箱液位控制采用單回路PID，被控量為水箱液位，控制量為水泵輸入電壓。單回路控制器的輸出范圍為0到10V(對(duì)應(yīng)于水泵的控制輸入電壓)。由一個(gè)開(kāi)關(guān)控制輸入電壓以實(shí)現(xiàn)水泵的啟停。圖3

21、 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖(1) 被控參數(shù)的選擇應(yīng)選擇被控過(guò)程中能直接反映生產(chǎn)過(guò)程能夠中的產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測(cè)量的參數(shù)。在雙容水箱控制系統(tǒng)中選擇下水箱的液位為系統(tǒng)被控參數(shù)，因?yàn)橄滤涞囊何皇钦麄€(gè)控制作用的關(guān)鍵，要求液位維持在某給定值上下。如果其調(diào)節(jié)欠妥當(dāng)，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的失敗,且現(xiàn)在對(duì)于液位的測(cè)量有成熟的技術(shù)和設(shè)備，包括直讀式液位計(jì)、浮力式液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)、電磁式液位計(jì)、超聲波式液位計(jì)等。(2) 控制參數(shù)的選擇從雙容水箱系統(tǒng)來(lái)看，影響液位有兩個(gè)量，一是通過(guò)水箱1流入系統(tǒng)的流量，二是經(jīng)水箱2流出系統(tǒng)的流量。調(diào)節(jié)這兩個(gè)流量都可以改變液位的高低。但當(dāng)水泵突然斷電關(guān)斷時(shí)，后一種控制方式會(huì)造成長(zhǎng)

22、流水，導(dǎo)致水箱中水過(guò)多溢出，造成浪費(fèi)或事故。所以選擇流入系統(tǒng)的流量作為控制參數(shù)更合理一些。(4) 控制器的選擇根據(jù)單回路雙容水箱液位系統(tǒng)的過(guò)程特性和數(shù)學(xué)模型選擇控制器的控制規(guī)律。為了實(shí)現(xiàn)液位控制，使用閉環(huán)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)器選擇比例積分微分控制規(guī)律(PID)，對(duì)水箱2液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，整個(gè)回路構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)。MCGS工程組態(tài)通過(guò)MCGS組態(tài)軟件在控制計(jì)算機(jī)上構(gòu)建一個(gè)人機(jī)交互界面，在人機(jī)交互界面中可以對(duì)水箱液位對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控控制器設(shè)計(jì)改造數(shù)據(jù)瀏覽和存儲(chǔ)記錄實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)等。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不

23、同的特性在MCGS組態(tài)環(huán)境下的工程組態(tài)流程如下2.1 主控窗口設(shè)計(jì)主控窗口是工程的主窗口或主框架,是所有設(shè)備窗口和用戶(hù)窗口的父窗口。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶(hù)窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。并調(diào)度用戶(hù)策略的運(yùn)行。同時(shí)，主控窗口又是組態(tài)工程結(jié)構(gòu)的主框架，可在主控窗口內(nèi)建立菜單系統(tǒng)，創(chuàng)建各種菜單命令，展現(xiàn)工程的總體概貌和外觀(guān)，設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行流程及特征參數(shù)，方便用戶(hù)的操作。在MCGS單機(jī)版中，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只允許有一個(gè)主控窗口，主控窗口是作為一個(gè)獨(dú)立的對(duì)象存在的，其強(qiáng)大的功能和復(fù)雜的操作都被封裝在對(duì)象的內(nèi)部，組態(tài)時(shí)只需對(duì)主控窗口的屬性進(jìn)行正確地設(shè)置即可。主要的組態(tài)操作包括：定義

24、工程的名稱(chēng)，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫(huà)刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤(pán)文件名稱(chēng)及存盤(pán)時(shí)間等。圖4 主控窗口2.2 設(shè)備窗口設(shè)計(jì)設(shè)備窗口是MCGS系統(tǒng)的重要組成部分，在設(shè)備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在MCGS中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本方法是：在設(shè)備窗口內(nèi)配置不同類(lèi)型的設(shè)備構(gòu)件，并根據(jù)外部設(shè)備的類(lèi)型和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將設(shè)備的操作方法如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、設(shè)備調(diào)試等都封裝在構(gòu)件之中，以對(duì)象的形式與外部設(shè)備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理，通過(guò)

25、通道連接，向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)控制參數(shù)，發(fā)送給系統(tǒng)其它部分，進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和過(guò)程的自動(dòng)控制。MCGS的這種結(jié)構(gòu)形式使其成為一個(gè)“與設(shè)備無(wú)關(guān)”的系統(tǒng)，對(duì)于不同的硬件設(shè)備，只需定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，并設(shè)置相關(guān)的屬性，系統(tǒng)就可對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行操作，而不需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作任何改動(dòng)。MCGS設(shè)備中一般都包含有一個(gè)或多個(gè)用來(lái)讀取或者輸出數(shù)據(jù)的物理通道，MCGS把這樣的物理通道稱(chēng)為設(shè)備通道，如：模擬量輸入裝置的輸入通道、模擬量輸出裝置的輸出通道、開(kāi)關(guān)量輸入輸出裝置的輸入輸出通道等等，這些都是設(shè)備通道。設(shè)備通道只是數(shù)據(jù)交

26、換用的通路，而數(shù)據(jù)輸入到哪兒和從哪兒讀取數(shù)據(jù)以供輸出，即進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的對(duì)象，則必須由用戶(hù)指定和配置。圖5 設(shè)備窗口2.3 用戶(hù)窗口設(shè)計(jì)用戶(hù)窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面， 在用戶(hù)窗口下通過(guò)MCGS組態(tài)的各種功能，可以實(shí)現(xiàn)以下子窗口的設(shè)計(jì)：?jiǎn)位芈冯p容水箱液位控制窗口 通過(guò)動(dòng)畫(huà)組態(tài)和屬性設(shè)置完成人機(jī)對(duì)話(huà)主界面，實(shí)現(xiàn)模擬工程界面數(shù)據(jù)顯示參數(shù)設(shè)置報(bào)警顯示通訊狀態(tài)顯示工程曲線(xiàn)顯示控制按鈕等功能。 圖6 用戶(hù)窗口圖7 主面板圖8 數(shù)據(jù)窗口圖9 歷史曲線(xiàn)圖10 實(shí)時(shí)曲線(xiàn)圖11 報(bào)警信息2.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本

27、窗口內(nèi)定義不同類(lèi)型和名稱(chēng)的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫(huà)連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS的核心，各部分之間的數(shù)據(jù)交換均須通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),所有的設(shè)備通道都必須與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)連接。在MCGS中，數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)意義的數(shù)據(jù)或變量，以數(shù)據(jù)對(duì)象的形式來(lái)進(jìn)行操作與處理。數(shù)據(jù)對(duì)象它不僅包含了數(shù)據(jù)變量的數(shù)值特征，還將與數(shù)據(jù)相關(guān)的其它屬性（如數(shù)據(jù)的狀態(tài)、報(bào)警限值等）以及對(duì)數(shù)據(jù)的操作方法（如存盤(pán)處理、報(bào)警處理等）封裝在一起，作為一個(gè)整體，以對(duì)象的形式提供服務(wù)，這種把數(shù)值、屬性和方法定義成一體的數(shù)據(jù)稱(chēng)為數(shù)據(jù)對(duì)象。在MCGS中，用數(shù)據(jù)對(duì)象來(lái)描述系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用對(duì)象變量代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的值變量，把數(shù)據(jù)

28、庫(kù)技術(shù)管理的所有數(shù)據(jù)對(duì)象的集合為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。開(kāi)關(guān)型數(shù)據(jù)對(duì)象記錄開(kāi)關(guān)信號(hào)（0或非0），與外部設(shè)備的數(shù)字量輸入輸出通道連接，用來(lái)表示某一設(shè)備當(dāng)前所處的狀態(tài)。數(shù)值型數(shù)據(jù)對(duì)象存放數(shù)值及參與數(shù)值運(yùn)算，提供報(bào)警信息，并能夠與外部設(shè)備的模擬量輸入輸出通道相連接。數(shù)值型數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)值范圍是：負(fù)數(shù)是從 -3.402823E38 到 -1.401298E-45，正數(shù)是從 1.401298E-45 到 3.402823E38。數(shù)據(jù)組對(duì)象是MCGS引入的一種特殊類(lèi)型的數(shù)據(jù)對(duì)象，類(lèi)似于一般編程語(yǔ)言中的數(shù)組和結(jié)構(gòu)體，用于把相關(guān)的多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象集合在一起，作為一個(gè)整體來(lái)定義和處理。單回路雙容水箱系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：圖12 實(shí)時(shí)數(shù)

29、據(jù)庫(kù)2.5運(yùn)行策略設(shè)計(jì)圖13 運(yùn)行策略2.6腳本程序設(shè)計(jì)對(duì)象模型（1）首先是水泵的啟動(dòng)，同時(shí)將水泵電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成入睡流量（即PID調(diào)節(jié)器的輸出值）IF 水泵啟動(dòng)信號(hào)=1 THEN入水流量0=入水流量入水流量=(采樣周期*水泵電壓信號(hào)*0.1*0.001+5*入水流量0)/(采樣周期+5)ENDIFIF 水泵啟動(dòng)信號(hào)=0 THEN入水流量=0ENDIF（2）這是從水泵電壓水箱1水位高度中間流量水箱2水位高度除水流量的數(shù)學(xué)模型水箱高度1=水箱高度1+(入水流量-中間流量)*60*采樣周期中間流量=(!sqr(2*9.8*水箱高度1)*中間閥開(kāi)度/10)/10000)-(!sqr(2*9.8*水箱高

30、度2)*中間閥開(kāi)度/10)/10000)干擾流量=0.004*干擾閥開(kāi)度/100水箱高度2=水箱高度2+(中間流量+干擾流量-出水流量)*60*采樣周期出水流量=(!sqr(2*9.8*水箱高度2)*出水閥開(kāi)度/10)/10000)PID程序PID算法（循環(huán)策略，循環(huán)條件:自動(dòng)狀態(tài)下，循環(huán)時(shí)間:應(yīng)設(shè)為采樣周期）偏差2=偏差1 上上次偏差偏差1=偏差 上次偏差偏差=水位設(shè)定值-水箱高度2 本次偏差比例=比例系數(shù)*(偏差-偏差1) 計(jì)算比例作用積分=比例系數(shù)*采樣周期*偏差/積分時(shí)間 計(jì)算積分作用微分=比例系數(shù)*微分時(shí)間*(偏差-2*偏差1+偏差2)/采樣周期 計(jì)算微分作用增量=比例+積分+微分

31、計(jì)算增量輸出調(diào)節(jié)器輸出=前次調(diào)節(jié)器輸出+增量 計(jì)算位置輸出if 調(diào)節(jié)器輸出=調(diào)節(jié)器輸出上限值 then 調(diào)節(jié)器輸出=調(diào)節(jié)器輸出上限值 超出調(diào)節(jié)器輸出上限，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出上限if 調(diào)節(jié)器輸出=調(diào)節(jié)器輸出下限值 then 調(diào)節(jié)器輸出=調(diào)節(jié)器輸出下限值 超出調(diào)節(jié)器輸出下限，調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)器輸出下限前次調(diào)節(jié)器輸出=調(diào)節(jié)器輸出 為下循環(huán)準(zhǔn)備仿 真3.1 運(yùn)行結(jié)果分析 圖14 運(yùn)行結(jié)果3.2 組態(tài)設(shè)計(jì)和調(diào)試中遇到的問(wèn)題、解決方法和結(jié)果3.2.1 遇到的問(wèn)題 在組態(tài)設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中，多次發(fā)現(xiàn)入水流量始終為0。3.2.2 解決方法和結(jié)果 經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)由于水泵電壓沒(méi)有變化一直為0導(dǎo)致沒(méi)有入水流量。經(jīng)過(guò)多日的檢查，發(fā)現(xiàn)是由于對(duì)象模型有錯(cuò)誤而且由于標(biāo)度變化不正確，導(dǎo)致入水流量不能使水位變化總 結(jié)本學(xué)期我們?cè)诶蠋煹慕虒?dǎo)下學(xué)習(xí)了組態(tài)軟件技術(shù)及應(yīng)用這門(mén)課程，通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，我